(57)【要約】【課題】ナセルを小型・軽量化することができる風力発電装置を提供すること。【解決手段】支柱上に設置されたナセル３に、風車回転翼５を取り付けたロータヘッド４に連結されて一体に回転する主軸１１と、主軸１１の回転を増速して出力する増速機２０と、増速機２０の出力によって駆動される発電機１３とが設けられた風力発電装置であって、主軸１１から増速機２０を介して発電機１３に至るドライブトレイン１０をロータヘッド４内に設置した。【選択図】図１
2006188953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支柱上に設置されたナセルに、風車回転翼を取り付けたロータヘッドに連結されて一体に回転する主軸と、該主軸の回転を増速して出力する増速機と、該増速機の出力によって駆動される発電機とが設けられた風力発電装置であって、
前記主軸から前記増速機を介して前記発電機に至るドライブトレインを前記ロータヘッド内に設置したことを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記発電機が同期発電機とされ、かつ、前記増速機が複数の遊星歯車を具備してなる単段増速の歯車式であることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記発電機が同期発電機とされ、かつ、前記増速機がトラクションドライブであることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然エネルギーの風を回転力に変換する風車を用いて発電を行う風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自然エネルギーである風力を利用して発電を行う風力発電装置が知られている。この種の風力発電装置は、支柱上に設置されたナセルに、風車回転翼を取り付けたロータヘッドと、このロータヘッドと一体に回転するよう連結された主軸と、風車回転翼に風力を受けて回転する主軸を連結した増速機と、増速機の軸出力によって駆動される発電機とを設けたものである。このように構成された風力発電装置においては、風力を回転力に変換する風車回転翼を備えたロータヘッド及び主軸が回転して軸出力を発生し、主軸に連結された増速機を介して回転数を増速した軸出力が発電機に伝達される。このため、風力を回転力に変換して得られる軸出力を発電機の駆動源とし、発電機の動力として風力を利用した発電を行うことができる。
【０００３】
上述した従来の風力発電装置においては、ナセルの前端部にロータヘッドが配設され、ナセルのロータヘッド後方に配設されたナセル台板およびその上部空間を形成するケーシング内に増速機及び発電機を収納した構成とされる。（たとえば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００１−１７７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来の風力発電装置は、ナセルの前端部に配設されたロータヘッドから主軸に回転トルクを伝達し、さらに増速機で回転数を増速してから発電機に動力を伝達して利用する構成のため、ドライブトレインが軸方向に長くなる。しかし、従来の構成では、主軸の後端部側に連結される増速機及び発電機がロータヘッド後方のケーシング内に収納され、ロータヘッド内はドライブトレインの設置スペースとして利用されていない。このため、増速機及び発電機の収納スペースを確保するためには、特にナセルのナセル台板及びケーシング部分を軸方向に長くしてナセル全体を大型化する必要があった。このようなナセルの大型化は、ナセル台板及びケーシングの重量増加によりナセル自体の重量が増加する要因となっている。
【０００５】
また、近年の風力発電装置は大型化して出力を増す傾向にあるため、ロータヘッド、主軸、増速機及び発電機等の構成部品も大型化して重量が増加する。このため、従来と同様の構成では、特にナセル台板及びケーシングを含むナセル全体がさらに大型化するので、ナセル全体が大幅に重量増加することは避けられない。このようなナセルの重量増加は、ナセルが支柱上部に設置される構造物であるため、たとえば支柱の設計強度や製造コストに大きな影響を及ぼすなどして好ましくない。このような背景から、ナセルの軸方向長さをできるだけ短くして全体を小型・軽量化することが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ナセルを小型・軽量化することができる風力発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る風力発電装置は、支柱上に設置されたナセルに、風車回転翼を取り付けたロータヘッドに連結されて一体に回転する主軸と、該主軸の回転を増速して出力する増速機と、該増速機の出力によって駆動される発電機とが設けられた風力発電装置であって、前記主軸から前記増速機を介して前記発電機に至るドライブトレインを前記ロータヘッド内に設置したことを特徴とするものである。
【０００７】
このような風力発電装置によれば、主軸から増速機を介して発電機に至るドライブトレインを従来は有効に利用されていないロータヘッド内に設置するようにしたので、ナセルの軸方向長さをコンパクト化して全体を小型・軽量化することができる。このような構成は、特に風車回転翼の長尺化によりロータヘッドが大型化し、ロータヘッド内に大きな設置空間を確保しやすい大出力の風力発電装置に好適である。
【０００８】
上述した風力発電装置においては、前記発電機が同期発電機とされ、かつ、前記増速機が複数の遊星歯車を具備してなる単段増速の歯車式であることが好ましく、これにより、低速回転で発電可能な同期発電機を使用するため増速比を小さく設定できるようになり、さらに、増速機として増速比の小さい単段増速の歯車式を使用できるようになるので、ドライブトレインの軸方向長さを短くしてロータヘッド内への設置が容易になる。また、歯車式の増速機は信頼性が高いため、ドライブトレイン及び風力発電装置の信頼性も向上する。
なお、この場合の遊星歯車は、比較的小型の歯車を５個以上使用するマルチ型を採用することが好ましく、これにより増速機をより一層小型化することができる。
【０００９】
上述した風力発電装置においては、前記発電機が同期発電機とされ、かつ、前記増速機がトラクションドライブであることが好ましく、これにより、低速回転で発電可能な同期発電機を使用するため増速比を小さく設定できるようになり、さらに、増速機としてトラクションドライブを使用すれば低騒音化及び半径方向の小型化が可能になるので、ドライブトレインのロータヘッド内への設置が容易になる。
【発明の効果】
【００１０】
上述した本発明の風力発電装置によれば、主軸から増速機を介して発電機に至るドライブトレインがロータヘッド内の空間を有効に利用して設置されるので、特に、風車回転翼の長尺化によりロータヘッドが大型化し、ロータヘッド内に大きな設置空間を確保できる大出力の風力発電装置において、ナセルの軸方向長さを容易にコンパクト化して全体の小型・軽量化を可能にするという顕著な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る風力発電装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図２に示す風力発電装置１は、基礎６上に立設される支柱２と、支柱２の上端に設置されるナセル３と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル３に設けられるロータヘッド４とを有している。
ロータヘッド４には、その回転軸線周りに放射状にして複数枚の風車回転翼５が取り付けられている。これにより、ロータヘッド４の回転軸線方向から風車回転翼５に当たった風の力が、ロータヘッド４を回転軸線周りに回転させる動力に変換されるようになっている。
【００１２】
図１は、ナセル３の要部を拡大して内部構成例を示した断面図である。
ナセル３は、支柱２の上端部で水平方向に回動するナセル台板３０と、その前端部側に配設されて風車回転翼５と一体に回転するロータヘッド４とを備えている。
ロータヘッド４は、ナセル台板３０に対し主軸受３１を介して回転自在に支持されている。ロータヘッド４の内部は中空とされ、同中空部には風力で発電するドライブトレイン１０が収納設置されている。
【００１３】
ドライブトレイン１０は、風車回転翼５を取り付けたロータヘッド４に連結されて一体に回転する主軸１１と、主軸１１の回転を増速して出力する増速機２０と、増速機２０の出力によって駆動される発電機１３とが直列に連結された構成とされる。すなわち、主軸１１から増速機２０を介して発電機１３に至るドライブトレイン１０をロータヘッド４の内部に設置した構成とされる。
主軸１１は、一端がロータヘッド４に連結され他端が増速機２０と連結される。主軸１１はロータヘッド４と一体に回転し、増速機２０と連結された他端が増速機２０の入力軸となる。
【００１４】
増速機２０は、入力軸である主軸１１の外周部に取り付けられた複数個の遊星歯車２１が太陽歯車２２の周囲に配置されて噛合し、太陽歯車２２と一体に回転する出力軸２３から主軸１１の回転数を増速して出力するよう構成された単段増速の歯車式である。この場合の遊星歯車２１は、増速機２０の小型化を目的として小さな歯車を数多く使用する構成（マルチ型）が好ましく、好適には遊星歯車２１を５〜９個程度使用するマルチ型とすればよい。なお、遊星歯車２１は、各々が主軸１１の円周方向へ等ピッチに配置されている図示省略の軸に対し、回動自在に支持されている。
このように構成された増速機２０では、入力軸の主軸１１が回転することにより、遊星歯車２１が自転しながら太陽歯車２２の回りを公転する。このため、遊星歯車２１と噛合する太陽歯車２２と一体に出力軸２３も回転するので、遊星歯車２１と太陽歯車２２とのギア比に応じて主軸１１の回転数を増速した出力軸２３の回転数が発電機１３に出力される。
【００１５】
発電機１３は、低速回転数での発電が可能な永久磁石同期発電機（ＰＭＳＧ）である。発電機１３の駆動軸１３ａは、増速機２０の出力軸２３と直結されている。また、発電機１３のケーシング１３ｂは、適当な支持部材１４を介してナセル台板３０の適所に固定支持されている。
なお、図中の符号１５は、ロータヘッド４に対して風車回転翼５のピッチ角度を調整可能とする可変ピッチ機構の軸受である。
【００１６】
上述した構成の風力発電装置１では、主軸１１から増速機２０を介して発電機１３に至るドライブトレイン１０をロータヘッド４内の空間に設置する構成としたので、ナセル３のナセル台板３０内に軸方向に長いドライブトレイン１０の設置スペースを確保する必要がない。このため、ナセル台板３０のナセル軸方向長さをコンパクト化し、ナセル３の全体を小型・軽量化することができる。このような構成は、特に風車回転翼５の長尺化によりロータヘッド４が大型化し、ロータヘッド４内に大きな設置空間を確保しやすい大出力の風力発電装置１に好適である。
なお、ナセル台板３０の内部に形成される空間部には、図示を省略した各種の補機類が設置されている。
【００１７】
また、上述した実施形態の風力発電装置１においては、増速機２０を単段増速の歯車式としたが、トラクションドライブを採用して低騒音化及び半径方向の小型化を図ってもよい。なお、トラクションドライブの増速機を採用する場合においても、発電機１３には低速回転で発電可能な同期発電機を使用することが好ましい。
このような構成としても、増速比を小さく設定するとともに半径方向の小型化が可能になるので、ドライブトレイン１０のロータヘッド４内への設置が容易になる。
【００１８】
以上説明したように、主軸１１から増速機２０を介して発電機１３に至るドライブトレイン１０がロータヘッド４内の空間を有効に利用して設置されているので、ロータヘッド４が大型化して大きな設置空間を確保できる大出力の風力発電装置１においては、ナセル３の軸方向長さをコンパクト化して全体を小型・軽量化することができる。また、上述した構成のドライブトレイン１０は、アライメントが一体に回転するロータヘッド４の内部で完結するので、アライメント調整等のメンテナンスも容易になる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る風力発電装置の一実施形態を示す図で、ナセルの要部を拡大して内部構成例を示す断面図である。
【図２】風力発電装置の全体構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１    風力発電装置
２    支柱
３    ナセル
４    ロータヘッド
５    風車回転翼
１０    ドライブトレイン
１１    主軸
１３    発電機
２０    増速機
２１    遊星歯車
２２    太陽歯車
２３    出力軸
３０    ナセル台板
３１    主軸受
【図１】
2006188953.tif 000003
【図２】
2006188953.tif 000004